JP5321233B2 - Temperature detector and hydrogen filling system with temperature detector - Google Patents
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Description
本発明は、温度検出器および温度検出器を備えた水素充填システムに関する。 The present invention relates to a temperature detector and a hydrogen filling system including the temperature detector.
温度を検出するためのセンサ素子を有する温度センサは、例えば、センサ素子が暴露状態で劣化するおそれのある環境下では、センサ素子を被覆するために、センサ素子を温度検出可能なハウジング内に収容し、ハウジングの開口部を密閉するためにろう付け処理が施される。 A temperature sensor having a sensor element for detecting temperature is accommodated in a temperature-detectable housing to cover the sensor element, for example, in an environment where the sensor element may be deteriorated in an exposed state. A brazing process is then performed to seal the opening of the housing.
一方、特許文献1には、温度センサにおいて、センサ素子を収容する保護管の溶接不具合を防止するため、保護管より径の大きい支持管内に保護管の開放端を挿入し、肉厚の支持管の一端と保護管の外周とをろう付けした後、肉厚の支持管と肉厚のハウジングの溶接筒部とを溶接加工することが提案されている。
On the other hand, in
なお、特許文献2には、サーミスタなどの素子の所定温度における抵抗値を基準抵抗の値を基に校正処理し、温度測定を行う温度検出器が提案されている。 Patent Document 2 proposes a temperature detector that performs temperature measurement by calibrating a resistance value at a predetermined temperature of an element such as a thermistor based on a reference resistance value.
ところで、上述したろう付け処理により形成されたろう付け部に、ボイドが発生してしまうことがある。但し、通常、温度センサが収容されたハウジングの内部空間とハウジングの外部雰囲気とが連通するようなボイドは発生しないが、時として、ハウジングの内部空間とハウジングの外部とが連通するような連通ボイドが生じてしまった場合があり、かかる場合、温度センサのセンサ素子が劣化するおそれがある。 By the way, a void may occur in the brazed portion formed by the brazing process described above. However, a void that normally communicates between the internal space of the housing in which the temperature sensor is accommodated and the external atmosphere of the housing does not occur, but sometimes the communication void that communicates between the internal space of the housing and the outside of the housing. May occur, and in such a case, the sensor element of the temperature sensor may be deteriorated.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ある温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化したセンサ素子の出力を補正して、精度の高い温度測定を可能にする温度検出器および該温度検出器を備えた水素充填システムを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if a communication void is generated in a brazed portion of a certain temperature sensor and the sensor element deteriorates, the output of the deteriorated sensor element is corrected to obtain a highly accurate temperature. A temperature detector enabling measurement and a hydrogen filling system including the temperature detector are provided.
上記目的を達成するために、本発明の温度検出器および温度検出器を備えた水素充填システムは以下の特徴を有する。 In order to achieve the above object, the temperature detector of the present invention and the hydrogen filling system including the temperature detector have the following characteristics.
(1)水素雰囲気内に設けられ、温度を検出するためのセンサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備える第1の温度センサと、前記水素雰囲気の内外にそれぞれ露出面を有する金属製部品と、水素雰囲気外に設けられ、前記金属製部品に取り付けられる第2の温度センサと、第2の温度センサの出力を基に第1の温度センサの出力を補正する補正手段と、を有する温度検出器である。 (1) A first temperature sensor provided in a hydrogen atmosphere and provided with a sensor element for detecting temperature in a brazed and sealed space, and a metal part having an exposed surface inside and outside the hydrogen atmosphere, respectively And a second temperature sensor provided outside the hydrogen atmosphere and attached to the metal part, and a correction means for correcting the output of the first temperature sensor based on the output of the second temperature sensor. It is a detector.
仮に、水素雰囲気内の温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化が生じにくい水素雰囲気外の温度センサの出力を基に、水素雰囲気内の劣化したセンサ素子の出力を補正し、高精度な温度測定が行われる。また、第2の温度センサをタンクの金属露出部に設けることにより、タンクの内部温度により近い温度検出を第2の温度センサにて行うことができ、その結果、第1の温度センサ内のセンサ素子が劣化しても、第2の温度センサの出力を基に補正し、精度の高い温度検出を維持することができる。 Even if a communication void occurs in the brazed part of the temperature sensor in the hydrogen atmosphere and the sensor element deteriorates, the sensor element that deteriorates in the hydrogen atmosphere based on the output of the temperature sensor outside the hydrogen atmosphere that does not easily deteriorate. The output is corrected and high-precision temperature measurement is performed. Further, by providing the second temperature sensor in the exposed metal part of the tank, the temperature detection closer to the internal temperature of the tank can be performed by the second temperature sensor. As a result, the sensor in the first temperature sensor Even if the element deteriorates, it can be corrected based on the output of the second temperature sensor, and highly accurate temperature detection can be maintained.
(2)上記(1)に記載の温度検出器において、前記センサ素子は、温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であり、前記補正手段は、前記第2の温度センサの検出温度を基に、前記第1の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正することを特徴とする温度検出器である。 (2) at a temperature detector according to the above (1), the sensor element is a sensor element whose resistance value varies with temperature, the correction means, based on the detected temperature of the second temperature sensor, the A temperature detector for correcting a resistance value of a sensor element of a first temperature sensor.
センサ素子が還元作用によりその特性が変化するものである場合、水素雰囲気内の温度センサのセンサ素子が水素に暴露され還元されてしまうと、そのセンサ素子の抵抗値が高くなり、その結果、検出温度が、実際の温度より低く出力されてしまう。そこで、水素雰囲気外の温度センサの検出温度を基に、第1の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正することによって、高精度の温度測定が可能な温度検出器を提供することができる。 If the sensor element has its characteristics changed by a reducing action, if the sensor element of the temperature sensor in the hydrogen atmosphere is exposed to hydrogen and reduced, the resistance value of the sensor element increases, and as a result, detection The temperature is output lower than the actual temperature. Therefore, it is possible to provide a temperature detector capable of highly accurate temperature measurement by correcting the resistance value of the sensor element of the first temperature sensor based on the temperature detected by the temperature sensor outside the hydrogen atmosphere.
(3)上記(1)または(2)に記載の温度検出器を備える水素充填システムである。 (3) A hydrogen filling system including the temperature detector according to (1) or (2).
例えば、タンク内に高圧で水素を充填する場合、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。 For example, when the tank is filled with hydrogen at a high pressure, the tank can be filled with hydrogen while accurately controlling the hydrogen filling pressure with the internal temperature of the tank equal to or lower than a preset upper limit temperature.
(4)水素充填用の少なくとも1本以上のタンクと、前記タンクに設けられ、前記タンクの内部および外部にそれぞれ露出面を有する金属製部品と、温度を検出するためのセンサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備えるとともに前記タンク内に少なくとも1つ以上設けられる第1の温度センサと、前記タンク外に設けられ、前記金属製部品に取り付けられる第2の温度センサと、前記第2の温度センサの出力を基に前記第1の温度センサの出力を補正する補正手段と、を備える水素充填システムである。 (4) At least one or more tanks for hydrogen filling, metal parts having exposed surfaces inside and outside the tank, and sensor elements for detecting temperature are brazed. together provided in a hermetically sealed space and the first temperature sensor provided at least one in said tank, arranged outside the tank, a second temperature sensor attached to the metal part, the second and correcting means for correcting the output of the first temperature sensor based on the output of the temperature sensor, a hydrogen filling system comprising.
仮に、タンク内の第1の温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化が生じにくいタンク外の第2の温度センサの出力を基に、タンク内の劣化したセンサ素子の出力を補正し、タンク内に高圧で水素を充填する場合、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。また、第2の温度センサをタンクの金属露出部に設けることにより、タンクの内部温度により近い温度検出を第2の温度センサにて行うことができ、その結果、第1の温度センサ内のセンサ素子が劣化しても、第2の温度センサの出力を基に補正し、精度の高い温度検出を維持することができる。 Even if a communication void occurs in the brazed portion of the first temperature sensor in the tank and the sensor element deteriorates, the deterioration in the tank is based on the output of the second temperature sensor outside the tank, which is unlikely to deteriorate. When the output of the sensor element is corrected and the tank is filled with hydrogen at a high pressure, the tank can be filled with hydrogen while accurately controlling the hydrogen filling pressure below the preset upper limit temperature. Further, by providing the second temperature sensor in the exposed metal part of the tank, the temperature detection closer to the internal temperature of the tank can be performed by the second temperature sensor. As a result, the sensor in the first temperature sensor Even if the element deteriorates, it can be corrected based on the output of the second temperature sensor, and highly accurate temperature detection can be maintained.
本発明によれば、例えば、水素雰囲気内の温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化したセンサ素子の出力を補正して、精度の高い温度測定が行える。 According to the present invention, for example, even if a communication void is generated in a brazed portion of a temperature sensor in a hydrogen atmosphere and the sensor element is deteriorated, the output of the deteriorated sensor element is corrected and temperature measurement with high accuracy can be performed. .
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明における一実施形態である水素充填システムは、水素充填用の耐圧構造を有するタンク10と、タンク10に水素を充填するためのガス流路を備えたバルブ12と、バルブ12を流通するガス圧力を制御するレギュレータ14と、水素を充填するためのプラグと結合可能なレセプタクル16と、タンク10内のバルブ12に取り付けられた第1の温度センサ100と、タンク10の外に設けられた第2の温度センサ110と、第1の温度センサ100から出力される測定温度を基にレギュレータ14のガス圧を制御するとともに第2の温度センサ110の出力を基に第1の温度センサ100の出力を補正する補正手段を備えた制御部30とを有する。
As shown in FIG. 1, a hydrogen filling system according to an embodiment of the present invention includes a
第1の実施の形態では、第2の温度センサ110をタンク10の金属露出部分の1つであるバルブ12に設け、第2の温度センサ110の出力は、制御部30に送信されている。これにより、タンク10の内部温度により近い温度検出を第2の温度センサ110において行うことができる。その結果、第1の温度センサ100内のセンサ素子が、後述するように劣化しても、第2の温度センサ110の出力を基に補正し、精度の高い温度検出を維持することができる。
In the first embodiment, the
図2に示すように、本発明における他の実施形態である水素充填システムは、水素充填用の耐圧構造を有するタンク10と、タンク10に水素を充填するためのガス流路を備えたバルブ12と、バルブ12を流通するガス圧力を制御するレギュレータ14と、水素を充填するためのプラグと結合可能なレセプタクル16と、タンク10内の口金18に取り付けられた第1の温度センサ100と、タンク10の外に設けられた第2の温度センサ110と、温度センサ100から出力される測定温度を基にレギュレータ14のガス圧を制御するとともに第2の温度センサ110の出力を基に第1の温度センサ100の出力を補正する補正手段を備えた制御部30とを有する。
As shown in FIG. 2, a hydrogen filling system according to another embodiment of the present invention includes a
第2の実施の形態では、第2の温度センサ110をタンク10の金属露出部分の1つである口金18に設け、第2の温度センサ110の出力は、制御部30に送信されている。これにより、タンク10の内部温度により近い温度検出を第2の温度センサ110において行うことができる。その結果、第1の温度センサ100内のセンサ素子が、後述するように劣化しても、第2の温度センサ110の出力を基に補正し、精度の高い温度検出を維持することができる。
In the second embodiment, the
また、上述した第1および第2の実施形態において、タンク10内の設けられている第1の温度センサ100は、図3に示すように、熱伝導性を有する素材からなるハウジング22と、ハウジング22の空間内に備えられた温度検出用のセンサ素子20と、ハウジング22の開口部をろう付け部40を介して密閉するための蓋24とを有する。なお、センサ素子20からの出力は、図3に示されていない信号線によって図1,図2の制御部30に送信されている。ここで、ハウジング22は、例えば金属製の素材を用いることができる。
In the first and second embodiments described above, the
ろう付け部40を形成するためのろう材としては、接合する部材(母材)であるハウジング22や蓋24に用いる金属よりも融点の低い合金(ろう)を用い、例えば、銀、銅、亜鉛を主成分とする銀ろう、銅と亜鉛が主成分とする銅ろう・黄銅ろう、銅と5%から8%のリンを主成分とするりん銅ろう、アルミろう、金ろうなどを用いることができる。なお、銀ろうには、カドミウム、ニッケルを添加したものもある。
As the brazing material for forming the
時として、ろう付け処理により形成されたろう付け部40には、図4に示すように、ボイド50が発生してしまうことがあるが、通常、温度センサが収容されたハウジングの内部空間とハウジングの外部雰囲気とを連通するようなボイドは発生しない。しかし、ろう付け部40に、ハウジングの内部空間とハウジングの外部とが連通するような連通ボイド52が生じてしまう場合もあり、かかる場合、温度センサのセンサ素子が劣化するおそれがある。なお、ボイド50および連通ボイド52は、X線により観察することが可能である。
In some cases, a
ここで、図1および第2に示すタンク10内に設けられた第1の温度センサ100内のセンサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であって、還元作用によりその特性が変化するものである場合、そのセンサ素子が水素に暴露され還元されてしまうと、そのセンサ素子の抵抗値が高くなり、その結果、検出温度が、実際の温度より低く出力されてしまう。
Here, the sensor element in the
そこで、第1および第2の実施の形態における水素充填システムでは、タンク10の外に設けられた第2の温度センサ110の検出温度を基に、制御部30内の補正手段において、第1の温度センサ100のセンサ素子の抵抗値を補正し、これにより、精度高く温度測定を行うことができる。その結果、タンク10内に高圧で水素を充填する場合に、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。
Therefore, in the hydrogen filling systems in the first and second embodiments, the correction means in the
第1および第2の形態の制御部30内の補正手段は、例えば、起動時等の温度が安定している状態で、図10に一例を示すように、測定温度と抵抗値の関係を用い、実線で示したタンク10内で還元された第1の温度センサ100のセンサ素子の抵抗値を、鎖線で示したタンク10の外に設けられた第2の温度センサ110の検出温度を基準にして、タンク10内で還元されたセンサ素子の抵抗値を補正して、タンク10に備えられた第1の温度センサ100の出力を補正することによって、より正確なタンク10の内部温度を検出可能にしている。
The correction means in the
また、本実施の形態における温度検出器は、図1から図3に示すように、水素雰囲気内に設けられ、温度を検出するためのセンサ素子20をろう付けされ密閉された空間内に備える第1の温度センサ100と、水素雰囲気外に設けられた第2の温度センサ110と、第2の温度センサ110の出力を基に第1の温度センサ100の出力を補正する、制御部30内に設けられた補正手段と、を有する。
Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the temperature detector in the present embodiment is provided in a hydrogen atmosphere and includes a
また、上述したように、第1の温度センサ100のセンサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子である場合、制御部30内の補正手段は、タンク10の外に設けられた第2の温度センサ110の検出温度を基に、第1の温度センサ100のセンサ素子の抵抗値を補正している。
Further, as described above, when the sensor element of the
また、第1の実施の形態および第2の実施の形態におけるろう付け部40は、以下に示すろう付けシートを用いて、ろう付け処理時の連通ボイドの発生を低減させることができる。
Further, the
まず、ろう付けシートの第1の例として、図5に示すように、ハウジングの開口端全体を覆うサイズの第1のろう付けシート41と、ハウジングの開口端の肉厚幅より狭い幅を有する第2のろう付けシート42とを用い、幅の異なる第1のろう付けシート41と第2のろう付けシート42とを2枚重ね、ろう付けシートの二重個所とハウジングおよび蓋との接合面での圧力を他の個所に比べ増加させることによって、図5の白抜き矢印で示したように、ハウジング22の内部空間方向または外部方向にボイドを移動させて、ろう付け処理を行う。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。
First, as a first example of the brazing sheet, as shown in FIG. 5, the
また、ろう付けシートの第2の例として、図6に示すように、ろう付けシート43は、その厚みに勾配が設けられ、例えば、ハウジング22の内部空間に相当する中央部分からハウジングの外側にいくにつれて、その厚みが薄くなっている。したがって、センサ素子20が設けられた内部空間に近い側で、ろう付けシート43とハウジング22および蓋24との接合面の圧力は最も増大し、ハウジング22の外部方向にいくにつれて接合面の圧力が相対的に低くなり、その結果、図6の白抜き矢印で示したように、ボイドをハウジング22の外側方向に移動させて、ろう付け処理を行う。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。
As a second example of the brazing sheet, as shown in FIG. 6, the
また、ろう付けシートの第3の例として、図7および図8に示すように、断面が略円状のリング状のろう付けシート44を用い、一方、ハウジング22の開放端に略半円状の溝26を形成し、この略半円状の溝26に上記リング状のろう付けシート44を装着して、ろう付け処理を行うことにより、ろう付けシート44とハウジング22および蓋24との接合面の圧力が溝26の最下部で最大になる。その結果、図7の白抜き矢印で示すように、ボイドをハウジング22の内部空間方向または外部方向に移動させ、ろう付け処理が行われる。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。
Further, as a third example of the brazing sheet, as shown in FIGS. 7 and 8, a ring-shaped
また、図9に示すように、ハウジング22の開放端の外周より小さい外周を有する蓋28を用い、ハウジング22と蓋28に段差部を設ける。このようなハウジング22と蓋28をろう付けすることによって形成されたろう付け部45は、図9の破線で囲んだ部分Xに示すように、ろう流れによりたまりがハウジング22の開放端の外周に形成される。こにより、ろう付け部45において連通ボイドの形成が抑制される。
Further, as shown in FIG. 9, a
本発明は、高圧水素環境下における温度検出器、およびその温度検出器を備える分野に利用可能であるが、例えば燃料電池を搭載した車両にも利用可能である。 The present invention can be used in a temperature detector under a high-pressure hydrogen environment and in a field including the temperature detector, but can also be used in, for example, a vehicle equipped with a fuel cell.
10 タンク、12 バルブ、14 レギュレータ、16 レセプタクル、20 センサ素子、22 ハウジング、24,28 蓋、26 溝、30 制御部、40,45 ろう付け部、41,42,43,44 ろう付けシート、50 ボイド、52 連通ボイド、100 第1の温度センサ、110 第2の温度センサ。 10 Tank, 12 Valve, 14 Regulator, 16 Receptacle, 20 Sensor element, 22 Housing, 24, 28 Lid, 26 Groove, 30 Control part, 40, 45 Brazing part, 41, 42, 43, 44 Brazing sheet, 50 Void, 52 communicating void, 100 first temperature sensor, 110 second temperature sensor.
Claims (4)
前記水素雰囲気の内外にそれぞれ露出面を有する金属製部品と、
水素雰囲気外に設けられ、前記金属製部品に取り付けられる第2の温度センサと、
第2の温度センサの出力を基に第1の温度センサの出力を補正する補正手段と、を有することを特徴とする温度検出器。 A first temperature sensor provided in a hydrogen atmosphere and having a sensor element for detecting temperature in a brazed and sealed space;
Metal parts each having an exposed surface inside and outside the hydrogen atmosphere;
A second temperature sensor provided outside the hydrogen atmosphere and attached to the metal part ;
And a correction means for correcting the output of the first temperature sensor based on the output of the second temperature sensor.
前記センサ素子は、温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であり、
前記補正手段は、前記第2の温度センサの検出温度を基に、前記第1の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正することを特徴とする温度検出器。 The temperature detector according to claim 1.
The sensor element is a sensor element whose resistance value varies with temperature,
The correction means, based on the detected temperature of the second temperature sensor, the temperature detector and corrects the resistance value of the sensor element of the first temperature sensor.
前記タンクに設けられ、前記タンクの内部および外部にそれぞれ露出面を有する金属製部品と、
温度を検出するためのセンサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備えるとともに前記タンク内に少なくとも1つ以上設けられる第1の温度センサと、
前記タンク外に設けられ、前記金属製部品に取り付けられる第2の温度センサと、
前記第2の温度センサの出力を基に前記第1の温度センサの出力を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする水素充填システム。 At least one tank for filling hydrogen;
Metal parts provided in the tank, each having an exposed surface inside and outside the tank,
A first temperature sensor provided with at least one sensor element for detecting temperature in a brazed and sealed space and provided in the tank;
A second temperature sensor provided outside the tank and attached to the metal part ;
Hydrogen charging system characterized in that it comprises a correction means for correcting the output of the first temperature sensor output based on the second temperature sensor.
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